సిలికాన్ కార్బైడ్ కు సాంకేతిక అడ్డంకులు ఏమిటి?Ⅱ

స్థిరమైన పనితీరుతో స్థిరంగా భారీగా ఉత్పత్తి చేసే అధిక-నాణ్యత సిలికాన్ కార్బైడ్ వేఫర్‌లలో సాంకేతిక ఇబ్బందులు:

1) 2000°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న సీల్డ్ వాతావరణంలో స్ఫటికాలు పెరగాల్సిన అవసరం ఉన్నందున, ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ అవసరాలు చాలా ఎక్కువగా ఉంటాయి;
2) సిలికాన్ కార్బైడ్ 200 కంటే ఎక్కువ క్రిస్టల్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉంటుంది, కానీ కొన్ని సింగిల్-క్రిస్టల్ సిలికాన్ కార్బైడ్ నిర్మాణాలు మాత్రమే అవసరమైన సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు కాబట్టి, క్రిస్టల్ పెరుగుదల ప్రక్రియలో సిలికాన్-టు-కార్బన్ నిష్పత్తి, పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత మరియు క్రిస్టల్ పెరుగుదలను ఖచ్చితంగా నియంత్రించాలి. వేగం మరియు గాలి ప్రవాహ పీడనం వంటి పారామితులు;
3) ఆవిరి దశ ప్రసార పద్ధతిలో, సిలికాన్ కార్బైడ్ క్రిస్టల్ పెరుగుదల యొక్క వ్యాసం విస్తరణ సాంకేతికత చాలా కష్టం;
4) సిలికాన్ కార్బైడ్ యొక్క కాఠిన్యం వజ్రానికి దగ్గరగా ఉంటుంది మరియు కత్తిరించడం, రుబ్బడం మరియు పాలిషింగ్ పద్ధతులు కష్టం.

SiC ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్లు: సాధారణంగా రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) పద్ధతి ద్వారా తయారు చేయబడతాయి. వివిధ డోపింగ్ రకాల ప్రకారం, వాటిని n-రకం మరియు p-రకం ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్‌లుగా విభజించారు. దేశీయ హాంటియన్ టియాన్‌చెంగ్ మరియు డోంగ్‌గువాన్ టియాన్యు ఇప్పటికే 4-అంగుళాల/6-అంగుళాల SiC ఎపిటాక్సియల్ వేఫర్‌లను అందించగలవు. SiC ఎపిటాక్సీకి, అధిక-వోల్టేజ్ ఫీల్డ్‌లో నియంత్రించడం కష్టం, మరియు SiC ఎపిటాక్సీ నాణ్యత SiC పరికరాలపై ఎక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. అంతేకాకుండా, ఎపిటాక్సియల్ పరికరాలు పరిశ్రమలోని నాలుగు ప్రముఖ కంపెనీలచే గుత్తాధిపత్యం కలిగి ఉన్నాయి: ఆక్సిట్రాన్, LPE, TEL మరియు నుఫ్లేర్.

సిలికాన్ కార్బైడ్ ఎపిటాక్సియల్వేఫర్ అనేది సిలికాన్ కార్బైడ్ వేఫర్‌ను సూచిస్తుంది, దీనిలో కొన్ని అవసరాలు మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ క్రిస్టల్‌తో సమానమైన సింగిల్ క్రిస్టల్ ఫిల్మ్ (ఎపిటాక్సియల్ పొర) అసలు సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై పెంచబడుతుంది. ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల ప్రధానంగా CVD (కెమికల్ వేపర్ డిపాజిషన్, ) పరికరాలు లేదా MBE (మాలిక్యులర్ బీమ్ ఎపిటాక్సీ) పరికరాలను ఉపయోగిస్తుంది. సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాలు నేరుగా ఎపిటాక్సియల్ పొరలో తయారు చేయబడినందున, ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క నాణ్యత పరికరం యొక్క పనితీరు మరియు దిగుబడిని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది. పరికరం యొక్క వోల్టేజ్ తట్టుకునే పనితీరు పెరుగుతూనే ఉండటంతో, సంబంధిత ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం మందంగా మారుతుంది మరియు నియంత్రణ మరింత కష్టమవుతుంది. సాధారణంగా, వోల్టేజ్ 600V చుట్టూ ఉన్నప్పుడు, అవసరమైన ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం 6 మైక్రాన్లు; వోల్టేజ్ 1200-1700V మధ్య ఉన్నప్పుడు, అవసరమైన ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం 10-15 మైక్రాన్లకు చేరుకుంటుంది. వోల్టేజ్ 10,000 వోల్ట్‌ల కంటే ఎక్కువగా ఉంటే, 100 మైక్రాన్ల కంటే ఎక్కువ ఎపిటాక్సియల్ పొర మందం అవసరం కావచ్చు. ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందం పెరుగుతూనే ఉన్నందున, మందం మరియు నిరోధకత ఏకరూపత మరియు లోప సాంద్రతను నియంత్రించడం మరింత కష్టమవుతుంది.

SiC పరికరాలు: అంతర్జాతీయంగా, 600~1700V SiC SBD మరియు MOSFET పారిశ్రామికీకరణ చేయబడ్డాయి. ప్రధాన స్రవంతి ఉత్పత్తులు 1200V కంటే తక్కువ వోల్టేజ్ స్థాయిలలో పనిచేస్తాయి మరియు ప్రధానంగా TO ప్యాకేజింగ్‌ను అవలంబిస్తాయి. ధరల పరంగా, అంతర్జాతీయ మార్కెట్లో SiC ఉత్పత్తుల ధర వాటి Si ప్రతిరూపాల కంటే 5-6 రెట్లు ఎక్కువ. అయితే, ధరలు వార్షికంగా 10% చొప్పున తగ్గుతున్నాయి. రాబోయే 2-3 సంవత్సరాలలో అప్‌స్ట్రీమ్ మెటీరియల్స్ మరియు పరికర ఉత్పత్తి విస్తరణతో, మార్కెట్ సరఫరా పెరుగుతుంది, దీని వలన ధర మరింత తగ్గుతుంది. ధర Si ఉత్పత్తుల కంటే 2-3 రెట్లు చేరుకున్నప్పుడు, తగ్గిన సిస్టమ్ ఖర్చులు మరియు మెరుగైన పనితీరు ద్వారా కలిగే ప్రయోజనాలు క్రమంగా SiCని Si పరికరాల మార్కెట్ స్థలాన్ని ఆక్రమించేలా చేస్తాయని భావిస్తున్నారు.
సాంప్రదాయ ప్యాకేజింగ్ సిలికాన్ ఆధారిత ఉపరితలాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థాలకు పూర్తిగా కొత్త డిజైన్ అవసరం. వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ పవర్ పరికరాల కోసం సాంప్రదాయ సిలికాన్ ఆధారిత ప్యాకేజింగ్ నిర్మాణాలను ఉపయోగించడం వల్ల ఫ్రీక్వెన్సీ, థర్మల్ నిర్వహణ మరియు విశ్వసనీయతకు సంబంధించిన కొత్త సమస్యలు మరియు సవాళ్లు ఎదురవుతాయి. SiC పవర్ పరికరాలు పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు ఇండక్టెన్స్‌కు ఎక్కువ సున్నితంగా ఉంటాయి. Si పరికరాలతో పోలిస్తే, SiC పవర్ చిప్‌లు వేగవంతమైన స్విచింగ్ వేగాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇది ఓవర్‌షూట్, డోలనం, పెరిగిన స్విచింగ్ నష్టాలు మరియు పరికర పనిచేయకపోవడానికి కూడా దారితీస్తుంది. అదనంగా, SiC పవర్ పరికరాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేస్తాయి, దీనికి మరింత అధునాతన థర్మల్ నిర్వహణ పద్ధతులు అవసరం.

వైడ్-బ్యాండ్‌గ్యాప్ సెమీకండక్టర్ పవర్ ప్యాకేజింగ్ రంగంలో వివిధ రకాల నిర్మాణాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. సాంప్రదాయ Si-ఆధారిత పవర్ మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ ఇకపై తగినది కాదు. సాంప్రదాయ Si-ఆధారిత పవర్ మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ యొక్క అధిక పరాన్నజీవి పారామితులు మరియు పేలవమైన ఉష్ణ వెదజల్లే సామర్థ్యం యొక్క సమస్యలను పరిష్కరించడానికి, SiC పవర్ మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ దాని నిర్మాణంలో వైర్‌లెస్ ఇంటర్‌కనెక్షన్ మరియు డబుల్-సైడ్ కూలింగ్ టెక్నాలజీని స్వీకరిస్తుంది మరియు మెరుగైన ఉష్ణ వాహకతతో సబ్‌స్ట్రేట్ పదార్థాలను కూడా స్వీకరిస్తుంది మరియు డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్లు, ఉష్ణోగ్రత/కరెంట్ సెన్సార్లు మరియు డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌లను మాడ్యూల్ నిర్మాణంలోకి అనుసంధానించడానికి ప్రయత్నించింది మరియు వివిధ రకాల మాడ్యూల్ ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీలను అభివృద్ధి చేసింది. అంతేకాకుండా, SiC పరికర తయారీకి అధిక సాంకేతిక అడ్డంకులు ఉన్నాయి మరియు ఉత్పత్తి ఖర్చులు ఎక్కువగా ఉంటాయి.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాలను CVD ద్వారా సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలంపై ఎపిటాక్సియల్ పొరలను జమ చేయడం ద్వారా ఉత్పత్తి చేస్తారు. ఈ ప్రక్రియలో శుభ్రపరచడం, ఆక్సీకరణం, ఫోటోలిథోగ్రఫీ, ఎచింగ్, ఫోటోరెసిస్ట్ యొక్క స్ట్రిప్పింగ్, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్, సిలికాన్ నైట్రైడ్ యొక్క రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ, పాలిషింగ్, స్పట్టరింగ్ మరియు SiC సింగిల్ క్రిస్టల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై పరికర నిర్మాణాన్ని రూపొందించడానికి తదుపరి ప్రాసెసింగ్ దశలు ఉంటాయి. SiC పవర్ పరికరాలలో ప్రధాన రకాలు SiC డయోడ్‌లు, SiC ట్రాన్సిస్టర్‌లు మరియు SiC పవర్ మాడ్యూల్స్. నెమ్మదిగా అప్‌స్ట్రీమ్ మెటీరియల్ ఉత్పత్తి వేగం మరియు తక్కువ దిగుబడి రేట్లు వంటి అంశాల కారణంగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాలు సాపేక్షంగా అధిక తయారీ ఖర్చులను కలిగి ఉంటాయి.

అదనంగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాల తయారీకి కొన్ని సాంకేతిక ఇబ్బందులు ఉన్నాయి:

1) సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాల లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉండే ఒక నిర్దిష్ట ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేయడం అవసరం. ఉదాహరణకు: SiC అధిక ద్రవీభవన స్థానాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది సాంప్రదాయ ఉష్ణ వ్యాప్తిని అసమర్థంగా చేస్తుంది. అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ డోపింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం మరియు ఉష్ణోగ్రత, తాపన రేటు, వ్యవధి మరియు వాయు ప్రవాహం వంటి పారామితులను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడం అవసరం; SiC రసాయన ద్రావకాలకు జడమైనది. డ్రై ఎచింగ్ వంటి పద్ధతులను ఉపయోగించాలి మరియు మాస్క్ మెటీరియల్స్, గ్యాస్ మిశ్రమాలు, సైడ్‌వాల్ వాలు నియంత్రణ, ఎచింగ్ రేటు, సైడ్‌వాల్ కరుకుదనం మొదలైన వాటిని ఆప్టిమైజ్ చేసి అభివృద్ధి చేయాలి;
2) సిలికాన్ కార్బైడ్ వేఫర్‌లపై లోహ ఎలక్ట్రోడ్‌ల తయారీకి 10-5Ω2 కంటే తక్కువ కాంటాక్ట్ రెసిస్టెన్స్ అవసరం. అవసరాలను తీర్చే ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలు, Ni మరియు Al, 100°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి, కానీ Al/Ni మెరుగైన ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి. /W/Au మిశ్రమ ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క కాంటాక్ట్ నిర్దిష్ట నిరోధకత 10-3Ω2 ఎక్కువ;
3) SiC అధిక కట్టింగ్ వేర్ కలిగి ఉంటుంది మరియు SiC యొక్క కాఠిన్యం వజ్రం తర్వాత రెండవది, ఇది కటింగ్, గ్రైండింగ్, పాలిషింగ్ మరియు ఇతర సాంకేతికతలకు అధిక అవసరాలను ముందుకు తెస్తుంది.

అంతేకాకుండా, ట్రెంచ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలను తయారు చేయడం చాలా కష్టం. వివిధ పరికర నిర్మాణాల ప్రకారం, సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలను ప్రధానంగా ప్లానర్ పరికరాలు మరియు ట్రెంచ్ పరికరాలుగా విభజించవచ్చు. ప్లానర్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలు మంచి యూనిట్ స్థిరత్వం మరియు సరళమైన తయారీ ప్రక్రియను కలిగి ఉంటాయి, కానీ JFET ప్రభావానికి గురవుతాయి మరియు అధిక పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు ఆన్-స్టేట్ నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. ప్లానర్ పరికరాలతో పోలిస్తే, ట్రెంచ్ సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాలు తక్కువ యూనిట్ స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు మరింత సంక్లిష్టమైన తయారీ ప్రక్రియను కలిగి ఉంటాయి. అయితే, ట్రెంచ్ నిర్మాణం పరికర యూనిట్ సాంద్రతను పెంచడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు JFET ప్రభావాన్ని ఉత్పత్తి చేసే అవకాశం తక్కువ, ఇది ఛానల్ మొబిలిటీ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. ఇది చిన్న ఆన్-రెసిస్టెన్స్, చిన్న పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు తక్కువ స్విచింగ్ శక్తి వినియోగం వంటి అద్భుతమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంది. ఇది గణనీయమైన ఖర్చు మరియు పనితీరు ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది మరియు సిలికాన్ కార్బైడ్ పవర్ పరికరాల అభివృద్ధిలో ప్రధాన స్రవంతి దిశగా మారింది. రోమ్ అధికారిక వెబ్‌సైట్ ప్రకారం, ROHM Gen3 నిర్మాణం (Gen1 ట్రెంచ్ నిర్మాణం) Gen2 (Plannar2) చిప్ ప్రాంతంలో 75% మాత్రమే, మరియు అదే చిప్ పరిమాణంలో ROHM Gen3 నిర్మాణం యొక్క ఆన్-రెసిస్టెన్స్ 50% తగ్గుతుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పరికరాల తయారీ వ్యయంలో సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్, ఎపిటాక్సీ, ఫ్రంట్-ఎండ్, పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి ఖర్చులు మరియు ఇతర ఖర్చులు వరుసగా 47%, 23%, 19%, 6% మరియు 5% ఉంటాయి.

చివరగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ పరిశ్రమ గొలుసులోని ఉపరితలాల సాంకేతిక అడ్డంకులను విచ్ఛిన్నం చేయడంపై మేము దృష్టి పెడతాము.

సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలాల ఉత్పత్తి ప్రక్రియ సిలికాన్ ఆధారిత ఉపరితలాల మాదిరిగానే ఉంటుంది, కానీ మరింత కష్టం.
సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలం తయారీ ప్రక్రియలో సాధారణంగా ముడి పదార్థ సంశ్లేషణ, స్ఫటిక పెరుగుదల, ఇంగోట్ ప్రాసెసింగ్, ఇంగోట్ కటింగ్, వేఫర్ గ్రైండింగ్, పాలిషింగ్, శుభ్రపరచడం మరియు ఇతర లింకులు ఉంటాయి.
క్రిస్టల్ పెరుగుదల దశ మొత్తం ప్రక్రియ యొక్క ప్రధాన అంశం, మరియు ఈ దశ సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలం యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలను నిర్ణయిస్తుంది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాలు సాధారణ పరిస్థితులలో ద్రవ దశలో పెరగడం కష్టం. నేడు మార్కెట్లో ప్రాచుర్యం పొందిన ఆవిరి దశ వృద్ధి పద్ధతి 2300°C కంటే ఎక్కువ వృద్ధి ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటుంది మరియు వృద్ధి ఉష్ణోగ్రత యొక్క ఖచ్చితమైన నియంత్రణ అవసరం. మొత్తం ఆపరేషన్ ప్రక్రియను గమనించడం దాదాపు కష్టం. స్వల్ప లోపం ఉత్పత్తి స్క్రాపింగ్‌కు దారి తీస్తుంది. పోల్చితే, సిలికాన్ పదార్థాలకు 1600℃ మాత్రమే అవసరం, ఇది చాలా తక్కువ. సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలాలను సిద్ధం చేయడానికి నెమ్మదిగా క్రిస్టల్ పెరుగుదల మరియు అధిక క్రిస్టల్ రూప అవసరాలు వంటి ఇబ్బందులు కూడా ఎదురవుతాయి. సిలికాన్ కార్బైడ్ వేఫర్ పెరుగుదలకు దాదాపు 7 నుండి 10 రోజులు పడుతుంది, అయితే సిలికాన్ రాడ్ లాగడానికి 2న్నర రోజులు మాత్రమే పడుతుంది. అంతేకాకుండా, సిలికాన్ కార్బైడ్ అనేది వజ్రం తర్వాత కాఠిన్యం ఉన్న పదార్థం. కటింగ్, గ్రైండింగ్ మరియు పాలిషింగ్ సమయంలో ఇది చాలా కోల్పోతుంది మరియు అవుట్‌పుట్ నిష్పత్తి 60% మాత్రమే.

సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉపరితలాల పరిమాణాన్ని పెంచడం ధోరణి అని మనకు తెలుసు, పరిమాణం పెరుగుతూనే ఉన్నందున, వ్యాసం విస్తరణ సాంకేతికత కోసం అవసరాలు పెరుగుతున్నాయి. స్ఫటికాల పునరావృత పెరుగుదలను సాధించడానికి దీనికి వివిధ సాంకేతిక నియంత్రణ అంశాల కలయిక అవసరం.